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JP7298882B2 - Vehicle self-localization device and vehicle - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 1.平成30年6月25日発行,The 29th IEEE Intelligent Vehicles Symposium FINAL PROGRAM,第971~977頁,Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)/IEEE Intelligent Transportation Systems Society(ITSS) 2.平成30年6月28日に開催された、The 29th IEEE Intelligent Vehicles Symposiumにて発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law 1. June 25, 2018, The 29th IEEE Intelligent Vehicles Symposium FINAL PROGRAM, pp. 971-977, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)/IEEE Intelligent Transportation Systems Society (ITSS)2. Presented at The 29th IEEE Intelligent Vehicles Symposium held on June 28, 2018

本発明は、車両の自己位置をリアルタイムに推定する車両の自己位置推定装置、及び当該自己位置推定装置を搭載した車両に関する。 The present invention relates to a vehicle self-position estimation device for estimating the self-position of a vehicle in real time, and a vehicle equipped with the self-position estimation device.

近年、交通事故の削減や交通渋滞の緩和、誰もが利用できる移動手段の提供等を目的として、車両の運転が自動的に行われる自動運転システムの開発が盛んに行われている。自動運転自動車が目的地へ向かって正しく移動するためには、当該車両の位置をリアルタイムに推定する自己位置推定が必要である。
自己位置推定を行うための一般的な手法として、あらかじめ定義した地図(地図画像)を用いたマップマッチングがあり、その手法では主にLiDAR(Light Detection and Ranging)やカメラといったセンサが用いられる。
例えば、非特許文献1では、LiDARを用いたマップマッチング手法が開示されている。LiDARを用いた手法は、測定精度が高く、昼夜の変化や環境の変化に対して高いロバスト性を備えているため、デシメートルレベルの精度で車両の自己位置推定を行うことができる。
また、非特許文献2では、カメラで検出した道路面の特徴をベクトル地図(白線、道路標識、信号機等の位置を記録したデジタル地図)とマッチングすることで、車両の自己位置を、車両横方向で0.1m程度、車両前後方向で0.5m程度の精度で推定することが開示されている。
BACKGROUND ART In recent years, for the purpose of reducing traffic accidents, alleviating traffic congestion, providing means of transportation that anyone can use, and the like, the development of an automatic driving system that automatically drives a vehicle has been actively carried out. Self-localization, which estimates the position of the vehicle in real time, is necessary for an autonomous vehicle to correctly move toward its destination.
As a general method for estimating self-location, there is map matching using a predefined map (map image), and sensors such as LiDAR (Light Detection and Ranging) and cameras are mainly used in this method.
For example, Non-Patent Document 1 discloses a map matching method using LiDAR. The method using LiDAR has high measurement accuracy and is highly robust against changes in day and night and environmental changes, so it is possible to estimate the self-localization of a vehicle with decimeter-level accuracy.
In addition, in Non-Patent Document 2, by matching the characteristics of the road surface detected by a camera with a vector map (a digital map that records the positions of white lines, road signs, traffic lights, etc.), the self-position of the vehicle is calculated in the lateral direction of the vehicle. It is disclosed that estimation is performed with an accuracy of about 0.1 m in , and an accuracy of about 0.5 m in the longitudinal direction of the vehicle.

しかしながら、LiDARやカメラを用いた自己位置推定は、路面が雪で覆われている場合、降雪によって車両周辺の物体の形状が変化している場合、又は雨によって路面が正確に把握できない場合などには、精度が安定しないという問題がある。
非特許文献3では、このような問題を解決するために、過去のフレームを使うことで、雨で濡れた道路や雪道においてLiDARの反射率が低減することを防ぐ手法が開示されている。しかし、この手法では、雪で完全に覆われている道路や、雪壁によって道路形状が変化する場所において、自己位置を精度よく推定することができない。
However, self-localization using LiDAR and cameras cannot be used when the road surface is covered with snow, when the shape of objects around the vehicle changes due to snowfall, or when the road surface cannot be accurately grasped due to rain. has the problem of unstable accuracy.
In order to solve such a problem, Non-Patent Document 3 discloses a method of using past frames to prevent the reflectance of LiDAR from decreasing on roads wet with rain or snow. However, this method cannot accurately estimate the self-position on roads that are completely covered with snow or where snow walls change the shape of the road.

また、非特許文献4には、ミリ波レーダーとカメラを用いて、道路面の情報に基づき自己位置推定を行う手法が開示されている。しかし、この手法も積雪時に精度よく自己位置推定を行うことはできない。
また、非特許文献5には、クラスタリングしたミリ波レーダーの観測情報を用いて地図生成を行い、さらにパーティクルフィルタを用いて自己位置推定を行う手法が開示されている。しかし、ミリ波レーダーによる観測点が疎らであることから、誤差が最大3mを超える推定精度であり、かつメートルレベルの精度でしか自己位置推定ができなかったと記載されている。
Non-Patent Document 4 discloses a method of estimating a self-position based on road surface information using a millimeter wave radar and a camera. However, this method also cannot accurately estimate the self-position when it is snowing.
Non-Patent Document 5 discloses a method of generating a map using clustered millimeter-wave radar observation information and estimating the self-position using a particle filter. However, due to the sparse observation points by the millimeter-wave radar, it is described that the estimation accuracy exceeds the maximum error of 3m, and self-position estimation could only be performed with an accuracy of the meter level.

また、特許文献1には、横位置補正処理部は、降雪等の影響によりカメラユニットで自車進行路の左右区画線が認識されていないと判定した場合、自車両の道路地図上の走行車線に記憶されている地図曲率を読込み、追従対象先行車の走行軌跡に基づいて先行曲率を求め、両曲率と自車速とに基づいて推定横位置偏差を求め、推定横位置偏差を目標ハンドル角のフィードバック項である横位置ハンドル角の自車横位置に加算して、新たな自車横位置を設定することで、自車両を先行車の走行軌跡に沿って走行させる車両の運転支援装置が開示されている。
しかし、特許文献1の運転支援装置は、降雪時においても車両の自己位置を精度よく推定するものではない。また、先行車の走行軌跡を利用するものであるから、先行車が存在しない場合には、降雪等の影響によりカメラユニットで自車進行路の左右区画線が認識されない状況における自動運転が困難となる。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-100003, when it is determined that the camera unit does not recognize the left and right demarcation lines of the course of the vehicle due to the influence of snowfall or the like, the lateral position correction processing unit detects the driving lane of the vehicle on the road map. read the map curvature stored in , determine the leading curvature based on the trajectory of the preceding vehicle to be followed, determine the estimated lateral position deviation based on both curvatures and the vehicle speed, and calculate the estimated lateral position deviation from the target steering wheel angle. Disclosed is a vehicle driving support device that adds the lateral position steering wheel angle, which is a feedback term, to the lateral position of the own vehicle to set a new lateral position of the own vehicle, thereby causing the own vehicle to travel along the trajectory of the preceding vehicle. It is
However, the driving support device of Patent Document 1 does not accurately estimate the self-position of the vehicle even when it is snowing. In addition, since it uses the trajectory of the preceding vehicle, it is difficult to operate autonomous driving in situations where there is no preceding vehicle and the camera unit cannot recognize the left and right lane markings of the vehicle's course due to the effects of snowfall, etc. Become.

特開2019-38396号公報JP 2019-38396 A

J. Levinson and S. Thrun, “Robust Vehicle Localization in Urban Environments Using Probabilistic Maps”, Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 4372-4378, 2010.J. Levinson and S. Thrun, “Robust Vehicle Localization in Urban Environments Using Probabilistic Maps”, Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 4372-4378, 2010. Jo, Kichun, et al. "Precise Localization of an Autonomous Car Based on Probabilistic Noise Models of Road Surface Marker Features Using Multiple Cameras." IEEE Trans. Intelligent Transportation Systems vol.16, no.6, pp. 3377-3392, 2015.Jo, Kichun, et al. "Precise Localization of an Autonomous Car Based on Probabilistic Noise Models of Road Surface Marker Features Using Multiple Cameras." IEEE Trans. Intelligent Transportation Systems vol.16, no.6, pp. 3377-3392, 2015 . M. Aldibaja, N. Suganuma and K. Yoneda, “Robust Intensity Based Localization Method for Autonomous Driving on Snow-wet Road Surface”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 13, no. 5, pp. 2369-2378, 2017.M. Aldibaja, N. Suganuma and K. Yoneda, “Robust Intensity Based Localization Method for Autonomous Driving on Snow-wet Road Surface”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 13, no. 5, pp. 2369-2378, 2017 . S. Park, D. Kim and K. Yi, “Vehicle Localization using an AVM camera for An Automated Urban Driving”, Proceedings of 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 871-876, 2016.S. Park, D. Kim and K. Yi, “Vehicle Localization using an AVM camera for An Automated Urban Driving”, Proceedings of 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 871-876, 2016. F.Schuster, M.Worner, C.G. Keller, M. Haueis and C. Curio, “Robust localization based on radar signal clustering”, Proceedings of 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 839-844, 2016.F.Schuster, M.Worner, C.G. Keller, M. Haueis and C. Curio, “Robust localization based on radar signal clustering”, Proceedings of 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symposium, pp. 839-844, 2016.

そこで本発明は、精度よく自己位置を推定できる車両の自己位置推定装置、及び当該装置を備えた車両を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a vehicle self-position estimation device capable of estimating the self-position with high accuracy, and a vehicle equipped with the device.

請求項1記載の本発明の車両の自己位置推定装置は、車両の周辺に存在する物体の観測情報に基づきリアルタイムに作成した観測画像と予め作成された地図画像とのマッチングを行うことにより車両の位置を推定する自己位置推定装置であって、GNSS衛星及び慣性計測装置からのデータを取得するGNSS/IMUデータ取得部と、車両の周辺に存在する物体の観測情報を取得する周辺物体情報取得センサ部と、GNSS/IMUデータ取得部で取得したデータに基づいてデッドレコニングにより車両の位置を推定するDR部と、DR部で推定した車両の位置及び周辺物体情報取得センサ部で取得した観測情報に基づき、物体のうち静的物体の位置がマッピングされた観測画像を生成する観測画像生成部と、観測画像と地図画像とのマッチングを行うマッチング部と、マッチングの結果に基づいてオフセットの確率分布を更新する確率更新部と、確率分布に基づいてオフセット量を更新するオフセット更新部と、DR部で推定した車両の位置をオフセット量で補正することにより車両の補正後位置を導出する補正後位置導出部とを備え、周辺物体情報取得センサ部は、雪を透過して物体の観測情報を取得可能であり、マッチング部は、テンプレートマッチングを行い、確率更新部は、テンプレートマッチングにより得られた相関分布をガンマ補正して尤度分布を導出し、尤度分布を用いて確率分布を更新することを特徴とする。 According to claim 1, the vehicle self-position estimation apparatus of the present invention performs matching between an observation image created in real time based on observation information of objects existing around the vehicle and a pre-created map image, thereby determining the position of the vehicle. A self-localization device for estimating a position, comprising a GNSS/IMU data acquisition unit that acquires data from GNSS satellites and an inertial measurement device, and a peripheral object information acquisition sensor that acquires observation information on objects existing around the vehicle. , a DR unit that estimates the position of the vehicle by dead reckoning based on the data acquired by the GNSS/IMU data acquisition unit, and the vehicle position estimated by the DR unit and observation information acquired by the peripheral object information acquisition sensor unit. Based on this, an observed image generation unit generates an observed image in which the positions of static objects among objects are mapped, a matching unit performs matching between the observed image and the map image, and an offset probability distribution is calculated based on the matching result. A probability update unit for updating, an offset update unit for updating the offset amount based on the probability distribution, and a post-correction position derivation for deriving the post-correction position of the vehicle by correcting the position of the vehicle estimated by the DR unit with the offset amount. The peripheral object information acquisition sensor unit can acquire observation information of the object through snow, the matching unit performs template matching, and the probability update unit calculates the correlation distribution obtained by template matching. is gamma-corrected to derive the likelihood distribution, and the likelihood distribution is used to update the probability distribution .

求項記載の本発明は、請求項に記載の車両の自己位置推定装置において、確率更新部は、各時刻で得られた尤度分布を積算し、積算した尤度分布を正規化して累積分布を導出し、累積分布に基づいて確率分布を更新することを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention , in the vehicle self-position estimation device according to the first aspect, the probability updating unit integrates the likelihood distribution obtained at each time and normalizes the integrated likelihood distribution. is used to derive the cumulative distribution, and the probability distribution is updated based on the cumulative distribution.

請求項記載の本発明は、請求項に記載の車両の自己位置推定装置において、確率更新部は、尤度分布を用いて事後確率の対数オッズ値を導出し、対数オッズ値を用いて確率分布を更新することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the vehicle self-localization apparatus according to the first aspect, the probability updating unit derives a logarithmic odds value of the posterior probability using the likelihood distribution, and uses the logarithmic odds value to It is characterized by updating the probability distribution.

請求項記載の本発明は、請求項又は請求項に記載の車両の自己位置推定装置において、オフセット更新部は、確率分布の重み付け平均を用いてオフセット量を更新することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vehicle self-position estimation device according to the second or third aspect, the offset updating unit updates the offset amount using a weighted average of the probability distribution. .

請求項記載の本発明は、請求項に記載の車両の自己位置推定装置において、オフセット更新部は、確率分布の最大値をマッチング状態の不確実性とし、不確実性に従った重み付けによりオフセット量を更新することを特徴とする。 According to the fifth aspect of the present invention, in the vehicle self-position estimation device according to the third aspect, the offset updating unit sets the maximum value of the probability distribution as the uncertainty of the matching state, and weights according to the uncertainty. It is characterized by updating the offset amount.

請求項記載の本発明の車両は、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の車両の自己位置推定装置を搭載したことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a vehicle equipped with the vehicle self-position estimating device according to any one of the first to fifth aspects.

本発明によれば、車両の自己位置推定の精度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the precision of self-position estimation of a vehicle can be improved.

本発明の実施例による車両の自己位置推定装置のブロック図1 is a block diagram of a vehicle self-localization apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 同自己位置推定装置を搭載した自車両の外観図Appearance of own vehicle equipped with the same self-localization device 同自車両におけるミリ波レーダーの取り付け位置と観測領域を示す図Diagram showing the installation position and observation area of the millimeter-wave radar in the vehicle 同デッドレコニングによる自己位置推定とオフセット補正の説明図Explanatory diagram of self-position estimation and offset correction by dead reckoning 同地図画像生成手段のブロック図Block diagram of the same map image generation means 同地図画像生成の例を示す図A diagram showing an example of generating the same map image 同観測誤差伝播に基づく共分散行列を使用した存在尤度の定義についての説明図Illustration of existence likelihood definition using covariance matrix based on same observation error propagation 同生成された観測画像の例を示す図Diagram showing an example of the generated observation image 同尤度フィルタリングを示す図Diagram showing same-likelihood filtering 同複数のピークが発生した場合の処理についての説明図Explanatory diagram of processing when multiple peaks of the same type occur 第一の実施例の夏季(積雪無し)の一つ目のエリアにおける試験結果を示す図A diagram showing the test results in the first area in the summer (no snow cover) of the first embodiment 同冬季(部分積雪)の一つ目のエリアにおける試験結果を示す図Figure showing the test results in the first area in the same winter (partial snow cover) 同冬季(完全積雪)の二つ目のエリアにおける試験結果を示す図Diagram showing the test results in the second area in the same winter (full snow cover) 第二の実施例の試験結果を示す図The figure which shows the test result of a 2nd Example

本発明の第1の実施の形態による車両の自己位置推定装置は、GNSS衛星及び慣性計測装置からのデータを取得するGNSS/IMUデータ取得部と、車両の周辺に存在する物体の観測情報を取得する周辺物体情報取得センサ部と、GNSS/IMUデータ取得部で取得したデータに基づいてデッドレコニングにより車両の位置を推定するDR部と、DR部で推定した車両の位置及び周辺物体情報取得センサ部で取得した観測情報に基づき、物体のうち静的物体の位置がマッピングされた観測画像を生成する観測画像生成部と、観測画像と地図画像とのマッチングを行うマッチング部と、マッチングの結果に基づいてオフセットの確率分布を更新する確率更新部と、確率分布に基づいてオフセット量を更新するオフセット更新部と、DR部で推定した車両の位置をオフセット量で補正することにより車両の補正後位置を導出する補正後位置導出部とを備えるものである。
本実施の形態によれば、デッドレコニングにより推定した車両の位置をマッチングの結果に基づいて補正することで、自己位置推定の精度を向上させることができる。
A vehicle self-position estimation device according to the first embodiment of the present invention includes a GNSS/IMU data acquisition unit that acquires data from GNSS satellites and an inertial measurement device, and acquires observation information on objects existing around the vehicle. a surrounding object information acquisition sensor unit, a DR unit that estimates the position of the vehicle by dead reckoning based on the data acquired by the GNSS/IMU data acquisition unit, and a vehicle position and surrounding object information acquisition sensor unit estimated by the DR unit Based on the observation information acquired in step 2, an observation image generation unit generates an observation image in which the positions of static objects are mapped, a matching unit performs matching between the observation image and the map image, and based on the matching result a probability updating unit that updates the probability distribution of the offset based on the probability distribution; an offset updating unit that updates the offset amount based on the probability distribution; and a post-correction position deriving unit for deriving the position.
According to the present embodiment, the accuracy of self-position estimation can be improved by correcting the position of the vehicle estimated by dead reckoning based on the result of matching.

本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による車両の自己位置推定装置において、周辺物体情報取得センサ部は、雪を透過して物体の観測情報を取得可能であり、マッチング部は、テンプレートマッチングを行い、確率更新部は、テンプレートマッチングにより得られた相関分布をガンマ補正して尤度分布を導出し、尤度分布を用いて確率分布を更新するものである。
本実施の形態によれば、積雪条件下においても精度よく自己位置を推定することができる。また、テンプレートマッチングを行うことにより、処理の高速化が可能となる。
According to a second embodiment of the present invention, in the vehicle self-position estimation device according to the first embodiment, the surrounding object information acquisition sensor unit can acquire observation information of the object through snow, and matching is performed. The section performs template matching, and the probability updating section performs gamma correction on the correlation distribution obtained by the template matching to derive a likelihood distribution, and updates the probability distribution using the likelihood distribution.
According to this embodiment, it is possible to accurately estimate the self-position even under snow conditions. Further, by performing template matching, it is possible to speed up the processing.

本発明の第3の実施の形態は、第2の実施の形態による車両の自己位置推定装置において、確率更新部は、各時刻で得られた尤度分布を積算し、積算した尤度分布を正規化して累積分布を導出し、累積分布に基づいて確率分布を更新するものである。
本実施の形態によれば、相関の寄与度を低くし確率更新できるので、周辺物体情報取得センサ部による物体観測が疎らであっても精度よく自己位置を推定することができる。
According to a third embodiment of the present invention, in the vehicle self-localization apparatus according to the second embodiment, the probability updating unit integrates the likelihood distribution obtained at each time, and calculates the integrated likelihood distribution as A cumulative distribution is derived by normalization, and the probability distribution is updated based on the cumulative distribution.
According to the present embodiment, the probability can be updated by reducing the degree of contribution of the correlation. Therefore, even if the surrounding object information acquisition sensor unit observes sparse objects, it is possible to accurately estimate the self-position.

本発明の第4の実施の形態は、第2の実施の形態による車両の自己位置推定装置において、確率更新部は、尤度分布を用いて事後確率の対数オッズ値を導出し、対数オッズ値を用いて確率分布を更新するものである。
本実施の形態によれば、相関の寄与度を低くし確率更新できるので、周辺物体情報取得センサ部による物体観測が疎らであっても精度よく自己位置を推定することができる。
According to a fourth embodiment of the present invention, in the vehicle self-localization apparatus according to the second embodiment, the probability updating unit derives the log odds value of the posterior probability using the likelihood distribution, and the log odds value is used to update the probability distribution.
According to the present embodiment, the probability can be updated by reducing the degree of contribution of the correlation. Therefore, even if the surrounding object information acquisition sensor unit observes sparse objects, it is possible to accurately estimate the self-position.

本発明の第5の実施の形態は、第3又は第4の実施の形態による車両の自己位置推定装置において、オフセット更新部は、確率分布の重み付け平均を用いてオフセット量を更新するものである。
本実施の形態によれば、道路脇に同じパターンの静的物体である柵やガードレール等が連続して存在する場合であっても精度よく自己位置を推定することができる。
According to a fifth embodiment of the present invention, in the vehicle self-localization apparatus according to the third or fourth embodiment, the offset updating unit updates the offset amount using a weighted average of the probability distribution. .
According to this embodiment, it is possible to accurately estimate the self-position even when static objects such as fences and guardrails of the same pattern are continuously present on the side of the road.

本発明の第6の実施の形態は、第4の実施の形態による車両の自己位置推定装置において、オフセット更新部は、確率分布の最大値をマッチング状態の不確実性とし、不確実性に従った重み付けによりオフセット量を更新するものである。
本実施の形態によれば、不確実性に従って重み付けすることによって、不安定な状況における過度のオフセット更新を防ぎ、より精度よく自己位置を推定することができる。
According to a sixth embodiment of the present invention, in the vehicle self-localization apparatus according to the fourth embodiment, the offset updating unit uses the maximum value of the probability distribution as the uncertainty of the matching state, and follows the uncertainty. The offset amount is updated by weighting.
According to the present embodiment, weighting according to uncertainty prevents excessive offset updating in an unstable situation, and the self-position can be estimated more accurately.

本発明の第7の実施の形態による車両は、第1から第6の実施の形態のいずれか一つの車両の自己位置推定装置を搭載したものである。
本実施の形態によれば、自己位置をリアルタイムに精度よく推定し、安全かつ的確に目的地へ移動する自動運転車両を提供することができる。
A vehicle according to the seventh embodiment of the present invention is equipped with the vehicle self-position estimation device according to any one of the first to sixth embodiments.
According to the present embodiment, it is possible to provide an automatic driving vehicle that accurately estimates its own position in real time and moves to a destination safely and accurately.

本発明の第一の実施例による車両の自己位置推定装置について説明する。
図1は本実施例による車両の自己位置推定装置のブロック図である。
自己位置推定装置10は、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星及び慣性計測装置からのデータを取得するGNSS/IMUデータ取得部11と、車両の周辺に存在する物体の観測情報をリアルタイムに取得する周辺物体情報取得センサ部12と、GNSS/IMUデータ取得部11で取得したデータに基づいてデッドレコニングにより車両の位置を推定するDR部13と、DR部13で推定した車両の位置及び周辺物体情報取得センサ部12が取得した観測情報に基づき、物体のうち静的物体の位置がマッピングされた観測画像を生成する観測画像生成部14と、観測画像と地図画像とのマッチングを行うマッチング部15と、マッチングの結果に基づいてオフセットの確率分布を更新する確率更新部16と、確率分布に基づいてオフセット量を更新するオフセット更新部17と、DR部13で推定した車両の位置をオフセット量で補正することにより車両の補正後位置を導出する補正後位置導出部18と、地図画像が記憶されている地図画像記憶部19を備える。
観測画像生成部14は、車両の周辺に存在する物体を追跡し、その物体が静的物体か動的物体かを推定する物体追跡部14Aと、追跡した物体の中から静的物体を抽出する静的物体抽出部14Bと、抽出した静的物体のマッピングを行うマッピング部14Cを有する。
A vehicle self-position estimation device according to a first embodiment of the present invention will now be described.
FIG. 1 is a block diagram of a vehicle self-position estimation device according to this embodiment.
The self-position estimation device 10 includes a GNSS/IMU data acquisition unit 11 that acquires data from GNSS (Global Navigation Satellite System) satellites and inertial measurement devices, and a peripheral device that acquires real-time observation information on objects existing around the vehicle. An object information acquisition sensor unit 12, a DR unit 13 that estimates the position of the vehicle by dead reckoning based on the data acquired by the GNSS/IMU data acquisition unit 11, and the vehicle position estimated by the DR unit 13 and peripheral object information acquisition. Based on the observation information acquired by the sensor unit 12, an observed image generation unit 14 that generates an observed image in which the positions of static objects among objects are mapped, a matching unit 15 that performs matching between the observed image and the map image, A probability updating unit 16 that updates the offset probability distribution based on the matching result, an offset updating unit 17 that updates the offset amount based on the probability distribution, and a DR unit 13 that corrects the vehicle position estimated by the offset amount. A post-correction position deriving unit 18 for deriving a post-correction position of the vehicle by means of the above-mentioned information, and a map image storage unit 19 in which the map image is stored.
Observation image generation unit 14 tracks an object existing around the vehicle, and an object tracking unit 14A estimates whether the object is static or dynamic, and extracts static objects from the tracked objects. It has a static object extraction unit 14B and a mapping unit 14C that maps the extracted static object.

自己位置推定装置10は、車両に搭載され、搭載された車両(以下、「自車両」という)の周辺に存在する物体の観測情報に基づき、リアルタイムに作成した観測画像と予め作成された地図画像とのマッチングを行うことにより自己位置を推定する。図2は自己位置推定装置を搭載した自車両の外観図である。
自車両1には、上部にGNSS衛星からの信号を受信するGNSS受信部(GNSSアンテナ)30が取り付けられ、後輪に慣性計測装置であるIMU(Inertial Measurement Unit)40が取り付けられている。GNSS及びIMUを用いることで、自車両1の位置(緯度、経度、高度)、姿勢(ピッチ、ヨー、ロール)、速度及び加速度等を100Hzで取得できる。
また、自車両1は、全方位照射可能なレーザーであるLiDAR(Light Detection and Ranging)50を備えており、自己位置推定装置10による自己位置推定とは別に、LiDAR50から得られる赤外線反射率を利用した自己位置推定を行うことができる。
また、自車両1には、周辺物体情報取得センサ部12として、複数個の76GHz帯ミリ波レーダー(MWR)を取り付けている。図3は自車両におけるミリ波レーダーの取り付け位置と観測領域を示す図である。図3に示すように、本実施例のミリ波レーダーは、視野角が約40度であり、自車両1の前方バンパーに7個、後方バンパーに2個設置することで全方位を検出可能にしている。本実施例のミリ波レーダーは、車両周辺を20Hzで観測可能であり、自車両1の周辺に存在する人、他車両、道路設置物等といった周辺に存在する物体までの相対距離、相対角度、相対速度といった観測情報を取得する。ミリ波レーダーは、環境変化に強く、雪を透過して物体検出が可能である。
The self-position estimation device 10 is mounted on a vehicle, and based on the observation information of objects existing around the mounted vehicle (hereinafter referred to as "self-vehicle"), an observation image created in real time and a map image created in advance. The self-position is estimated by matching with . FIG. 2 is an external view of a vehicle equipped with a self-position estimation device.
A GNSS receiver (GNSS antenna) 30 for receiving signals from GNSS satellites is attached to the top of the vehicle 1, and an inertial measurement unit (IMU) 40 is attached to the rear wheels. By using GNSS and IMU, the position (latitude, longitude, altitude), attitude (pitch, yaw, roll), velocity, acceleration, etc. of the own vehicle 1 can be obtained at 100 Hz.
In addition, the own vehicle 1 is equipped with a LiDAR (Light Detection and Ranging) 50, which is a laser that can irradiate in all directions. localization can be performed.
In addition, a plurality of 76 GHz band millimeter wave radars (MWR) are attached to the own vehicle 1 as the peripheral object information acquisition sensor unit 12 . FIG. 3 is a diagram showing the mounting position and observation area of the millimeter wave radar in the own vehicle. As shown in FIG. 3, the millimeter-wave radar of this embodiment has a viewing angle of about 40 degrees, and by installing seven radars on the front bumper and two on the rear bumper of the own vehicle 1, it is possible to detect all directions. ing. The millimeter-wave radar of this embodiment can observe the surroundings of the vehicle at 20 Hz. Acquire observation information such as relative velocity. Millimeter-wave radar is resistant to environmental changes and can detect objects through snow.

図4はデッドレコニングによる自己位置推定とオフセット補正の説明図である。
自己位置推定装置10は、自己位置推定を開始すると、DR部13において、GNSS/IMUデータ取得部11が取得したデータに基づいてデッドレコニングにより自車両1の位置を推定する。
デッドレコニングとは、車両の速度を時間で積分し、車両の位置を推定する手法である。本実施例では、線速度とヨーレートの時間積分によって自車両1の推定位置[xd,t,yd,tTを更新する。しかしながら、GNSS/IMUデータ取得部11が取得する位置や速度には誤差が含まれるため、デッドレコニングでは、逐次移動量を計算した際に発生する誤差が累積してしまう。
FIG. 4 is an explanatory diagram of self-position estimation and offset correction by dead reckoning.
When the self-position estimation device 10 starts self-position estimation, the DR unit 13 estimates the position of the vehicle 1 by dead reckoning based on the data acquired by the GNSS/IMU data acquisition unit 11 .
Dead reckoning is a method of estimating the position of a vehicle by integrating the speed of the vehicle over time. In this embodiment, the estimated position [x d,t , y d,t ] T of the host vehicle 1 is updated by time integration of the linear velocity and the yaw rate. However, since the positions and velocities acquired by the GNSS/IMU data acquisition unit 11 contain errors, dead reckoning accumulates errors that occur when the sequential movement amount is calculated.

そこで、自己位置推定装置10は、マッチング部16において、地図画像記憶部19に記憶されている地図画像と、観測画像生成部14で生成された観測画像とのマッチング(照合)を行うことによりデッドレコニングの誤差(オフセット)[Δxd,t,Δyd,t ]Tを推定し、デッドレコニングにより推定した自車両1の推定位置[xd,t,yd,t]をオフセットで補正する。自車両1の位置Xt,Ytは下式(1)で表される。

Figure 0007298882000001
Therefore, in the self-position estimation device 10, the matching unit 16 matches the map image stored in the map image storage unit 19 with the observation image generated by the observation image generation unit 14, thereby performing dead A reckoning error (offset) [Δx d,t , Δy d,t ] T is estimated, and the estimated position [x d,t , y d,t ] of the own vehicle 1 estimated by dead reckoning is corrected by the offset. Positions X t and Y t of own vehicle 1 are represented by the following equation (1).
Figure 0007298882000001

オフセット量[Δxd,t,Δyd,t ]Tは、以下の手順(1)~(4)で推定する。なお、本実施例では、自車両1の位置と姿勢のうち、姿勢についてはGNSS/IMUデータ取得部11から直接取得し、位置に関するオフセット量[Δxd,t,Δyd,t ]Tのみを推定する。このように位置のみを推定することで、計算の簡易化及び高速化を図ることができる。
(1)周辺物体情報取得センサ部12で取得した最新のNフレームのデータを用いて観測画像生成部14で観測画像を生成する。
(2)地図画像記憶部19に記憶されている地図画像の中から、自車両1周辺の地図画像を抽出する。
(3)マッチング部15における観測画像と抽出した地図画像とのマップマッチングを行い、確率更新部16でオフセットの確率Pを推定する。
(4)得られた確率Pに基づいてオフセット更新部17でオフセット量[Δxd,t,Δyd,t ]Tを更新する。
以下、各手順について説明する。
The offset amount [Δx d,t , Δy d,t ] T is estimated by the following procedures (1) to (4). In this embodiment, out of the position and orientation of the host vehicle 1, the orientation is directly acquired from the GNSS/IMU data acquisition unit 11, and only the offset amount [Δx d,t ,Δy d,t ] T related to the position is obtained. presume. By estimating only the position in this way, it is possible to simplify and speed up the calculation.
(1) The observation image generation unit 14 generates an observation image using the latest N frames of data acquired by the surrounding object information acquisition sensor unit 12 .
(2) A map image around the vehicle 1 is extracted from the map images stored in the map image storage unit 19 .
(3) The matching unit 15 performs map matching between the observed image and the extracted map image, and the probability updating unit 16 estimates the offset probability Pt .
(4) The offset update unit 17 updates the offset amount [Δx d,t , Δy d,t ] T based on the obtained probability P t .
Each procedure will be described below.

まず、地図画像記憶部19に記憶されている地図画像の生成方法について説明する。
図5は地図画像生成手段のブロック図である。
地図画像生成手段20は、リアルタイムキネマティック測位方式のRTK-GNSS部21と、自車両1周辺に存在する物体を追跡し、その物体が静的物体か動的物体かを推定する物体追跡部14A(本実施例では観測画像生成部10と共用)と、追跡した物体の中から静的物体を抽出する静的物体抽出部14B(本実施例では観測画像生成部10と共用)と、抽出した静的物体のマッピングを行う地図画像マッピング部22を有し、地図画像を生成する。
地図画像は、後処理でRTK-GNSSを使用して、周辺物体情報取得センサ部12が取得した観測値をマッピングすることによって生成される。後処理補正後のGNSS位置を利用することで、0.03m程度の位置精度を実現することができる。
ここで、76GHz帯ミリ波レーダーにおける測定角度の検出精度は、LiDARや79GHz帯ミリ波レーダーと比較すると一般的には正確ではない。したがって、地図画像のマッピングの際には測定精度を考慮する必要がある。地図画像は、以下の手順(A)~(C)により生成される。地図画像生成部24が生成した地図は、地図画像生成部19に記憶される。
(A)物体追跡:静的/動的物体を推定する。
(B)静的物体抽出:動的物体を削除する。
(C)マッピング:各ピクセルにおける静的物体の確率を更新する。
First, a method of generating a map image stored in the map image storage unit 19 will be described.
FIG. 5 is a block diagram of the map image generating means.
The map image generating means 20 includes an RTK-GNSS unit 21 of the real-time kinematic positioning system, and an object tracking unit 14A that tracks an object existing around the own vehicle 1 and estimates whether the object is static or dynamic. (shared with the observation image generation unit 10 in this embodiment), a static object extraction unit 14B (shared with the observation image generation unit 10 in this embodiment) that extracts static objects from the tracked objects, and It has a map image mapping unit 22 that maps a static object, and generates a map image.
A map image is generated by mapping observation values acquired by the peripheral object information acquisition sensor unit 12 using RTK-GNSS in post-processing. A position accuracy of about 0.03 m can be achieved by using the GNSS position after post-processing correction.
Here, the detection accuracy of the measurement angle in the 76 GHz band millimeter wave radar is generally not accurate compared to LiDAR and 79 GHz band millimeter wave radar. Therefore, it is necessary to consider the measurement accuracy when mapping the map image. A map image is generated by the following procedures (A) to (C). The map generated by the map image generator 24 is stored in the map image generator 19 .
(A) Object Tracking: Estimating static/dynamic objects.
(B) Static object extraction: remove dynamic objects.
(C) Mapping: Update static object probabilities at each pixel.

物体追跡部22は、ミリ波レーダーによる観測情報を用いて静的/動的物体を推定する。なお、本実施例では、自車両1を用いて地図画像を生成するため、周辺物体情報取得センサ部12(ミリ波レーダー)を使用して観測情報を取得する。
ミリ波レーダーは、静的物体だけでなく、移動する物体や、移動し得る静的物体など様々な物体を観測する。そこで、観測情報から地図画像の生成に使用する静的物体のみを抽出するために、(i)ミリ波レーダー照射方向の絶対速度が閾値以下であること、(ii)道路の車線外に存在すること、及び(iii)動的物体と対応付けられていない非追跡物体であること[非特許文献6:永野聖巳, et al.“全方位ミリ波レーダを用いた自動運転自動車のための周辺移動車両追跡に関する研究”自動車技術会論文集 vol.48,no.2,pp.411-418,2017.]の条件をすべて満たす観測情報を静的物体と判断する。
The object tracking unit 22 estimates a static/dynamic object using observation information obtained by millimeter wave radar. In this embodiment, since the map image is generated using the own vehicle 1, observation information is obtained using the peripheral object information obtaining sensor unit 12 (millimeter wave radar).
Millimeter-wave radar observes not only static objects but also various objects such as moving objects and static objects that can move. Therefore, in order to extract only static objects used for map image generation from observation information, (i) the absolute velocity in the millimeter-wave radar irradiation direction must be less than a threshold, and (ii) the object must be outside the lane of the road. and (iii) a non-tracking object that is not associated with a dynamic object [Non-Patent Document 6: Kiyoshi Nagano, et al. Observed information that satisfies all the conditions of "Study on Tracking Moving Vehicles" Society of Automotive Engineers of Japan, vol.48, no.2, pp.411-418, 2017.] is judged as a static object.

IMM(interactive multiple model)[非特許文献7:R. Helmick, “IMM Estimator with Nearest-Neighbor Joint Probabilistic Data Association”, Multiagent-Multisensor Tracking: Applications and Advances Volume III, Artech House Publishers, pp. 161-198, 2000.]は、観測対象物体の位置、速度、及び加速度を推定するために複数種類の運動を統合するために採用される。等加速度、等速、及び停止モデルは、運動モデルとして定義される。状態変数xmwrは、下式(2)で定義される。

Figure 0007298882000002
ここで、pxとpyは、UTM(Universal Transverse Mercator)のグローバル座標における物体位置である[非特許文献8:J. P. Snyder, “Map Projections: A Working Manual”, Geological Survey(U.S.), 1987.]。vx、ax、vy及びayは、それぞれx座標とy座標の速度と加速度である。
下式(3)のwmwrは、対応する変数に対するプロセスノイズベクトルである。
Figure 0007298882000003
例えば、独立定加速度モデルの状態方程式は下式(4)のように定式化できる。
Figure 0007298882000004
IMM (interactive multiple model) [Non-Patent Document 7: R. Helmick, “IMM Estimator with Nearest-Neighbor Joint Probabilistic Data Association”, Multiagent-Multisensor Tracking: Applications and Advances Volume III, Artech House Publishers, pp. 161-198, 2000.] are employed to integrate multiple types of motion to estimate the position, velocity, and acceleration of the observed object. Uniform acceleration, uniform velocity, and stationary models are defined as motion models. The state variable x mwr is defined by the following equation (2).
Figure 0007298882000002
Here, p x and p y are object positions in global coordinates of UTM (Universal Transverse Mercator) [Non-Patent Document 8: JP Snyder, “Map Projections: A Working Manual”, Geological Survey (US), 1987. ]. v x , a x , v y and a y are the velocity and acceleration in the x and y coordinates respectively.
w mwr in equation (3) below is the process noise vector for the corresponding variable.
Figure 0007298882000003
For example, the state equation of the independent constant acceleration model can be formulated as the following equation (4).
Figure 0007298882000004

等速モデルの場合は、加速度値はゼロに設定される。さらに、一定のヨーレートを有するモデルは、非ホロノミックシステムを用いて車両運動を表現するように定義される。IMMは、自車両1の周囲に存在する自動車や自転車などの動的物体を追跡できる。したがって、動的物体は、地図画像生成では無視することができる。
地図画像は、観測した物体のうち動的物体を除去することによって得られた静的物体を使用して生成される。グローバル座標内の観測点は、2-D画像座標に変換され、対応するピクセルにマッピングされる。ミリ波レーダーの低い検知精度を考慮するために、存在尤度は、観測誤差伝播に基づいて共分散行列Pを使用して定義される。
図6は地図画像生成の例を示す図であり、図6(a)はマッピング処理の一例を示し、図6(b)はミリ波レーダーを用いて生成した地図画像の一例を示し、図6(c)はLiDARを用いて生成した地図画像の一例を示している。図6(a)においては、色が薄いほど静的物体Aの存在確率が高いことを示している。なお、図6(a)の右図に示すように、静的物体の存在確率は誤差を考慮した確率密度分布とするため、95%の確率で静的物体が存在する領域とする。
存在尤度は、周辺物体情報取得センサ部12の照射方向に対して垂直な分散を生成するように計算される。各ピクセルに対する尤度値は、尤度分布の対応する領域における積分によって得られる。そして、存在確率は、尤度値に基づいて更新される。得られた地図画像である図6(b)の各ピクセルは、緯度と経度に関する情報を有する。図6(b)の地図画像には、図6(c)に示されるLiDARを用いた地図画像と比較すると、歩道上又は道路脇に位置する電信柱やガードレール等の静的物体をランドマークとして描写できていることが分かる。
For constant velocity models, the acceleration value is set to zero. Additionally, a model with constant yaw rate is defined to represent vehicle motion using a non-holonomic system. The IMM can track dynamic objects such as automobiles and bicycles around the vehicle 1 . Therefore, dynamic objects can be ignored in map image generation.
Map images are generated using static objects obtained by removing dynamic objects from the observed objects. Observation points in global coordinates are transformed to 2-D image coordinates and mapped to corresponding pixels. To account for the low detection accuracy of millimeter-wave radar, the existence likelihood is defined using a covariance matrix P based on observational error propagation.
FIG. 6 is a diagram showing an example of map image generation, FIG. 6A shows an example of mapping processing, FIG. 6B shows an example of a map image generated using a millimeter wave radar, and FIG. (c) shows an example of a map image generated using LiDAR. In FIG. 6A, the lighter the color, the higher the presence probability of the static object A. In FIG. As shown in the right diagram of FIG. 6(a), the presence probability of a static object is a probability density distribution in consideration of errors, so the region is defined as a region where the static object exists with a probability of 95%.
The existence likelihood is calculated so as to generate a variance perpendicular to the illumination direction of the surrounding object information acquisition sensor unit 12 . A likelihood value for each pixel is obtained by integration over the corresponding region of the likelihood distribution. The existence probabilities are then updated based on the likelihood values. Each pixel in the resulting map image of FIG. 6(b) has information on latitude and longitude. Compared to the LiDAR-based map image shown in FIG. 6(c), the map image shown in FIG. It can be seen that the description is possible.

ここで、図7を用いて、観測誤差伝播に基づく共分散行列Pを使用した存在尤度の定義について説明する。
ミリ波レーダーのデータから提v供される観測値は、下式(5)として表される。

Figure 0007298882000005
ミリ波レーダーのデータは、距離rmwr、照射方向θmwr、照射方向の相対速度vmwrである。図7によれば、下式(6)、(7)、(8)のようにして、物体の位置をセンサ座標からグローバル座標に変換することができる。
Figure 0007298882000006
Figure 0007298882000007
Figure 0007298882000008
ここで、[xmwr,ymwr]Tと[xv mwr,yv mwr]は、それぞれセンサ座標と車両座標における物体の位置である。[xs,ys,θsTは、車両座標におけるセンサ設置位置である。[xego,yego,θego]はグローバル座標での車両位置である。 Here, the definition of the existence likelihood using the covariance matrix P based on observation error propagation will be described with reference to FIG.
Observed values provided from millimeter wave radar data are expressed as the following equation (5).
Figure 0007298882000005
The data of the millimeter wave radar are the distance r mwr , the irradiation direction θ mwr , and the relative velocity v mwr in the irradiation direction. According to FIG. 7, the position of the object can be converted from the sensor coordinates to the global coordinates using the following equations (6), (7), and (8).
Figure 0007298882000006
Figure 0007298882000007
Figure 0007298882000008
where [x mwr , y mwr ] T and [x v mwr , y v mwr ] are the positions of the object in sensor coordinates and vehicle coordinates, respectively. [x s , y s , θ s ] T is the sensor installation position in vehicle coordinates. [x ego , y ego , θ ego ] is the vehicle position in global coordinates.

照射方向における車両の絶対速度vego mwrは、車両速度vegoを用いて下式(9)のように計算される。

Figure 0007298882000009
The absolute velocity v ego mwr of the vehicle in the irradiation direction is calculated by the following equation (9) using the vehicle velocity v ego .
Figure 0007298882000009

したがって、観測値は下式(10)で表される。

Figure 0007298882000010
ここで、φ=θego+θs+θmwr,θ=θs+θmwrであり、Sego+sinθego,Cego=cosθego,Sφ=sinφ,Cφ=cosφである。
したがって、観測値zは、下式(11)のように、10個の変数を有する関数hによって表される。
Figure 0007298882000011
Therefore, the observed value is represented by the following formula (10).
Figure 0007298882000010
Here, φ=θ egosmwr , θ=θ smwr , S ego +sin θ ego , C ego =cos θ ego , S φ =sin φ, C φ =cos φ.
Therefore, the observed value z is represented by a function h having 10 variables, as in the following equation (11).
Figure 0007298882000011

誤差伝播の理論に基づき、観測値zの誤差Δzは下式(12)のように近似される。

Figure 0007298882000012
Based on the theory of error propagation, the error Δz of the observed value z is approximated by the following equation (12).
Figure 0007298882000012

そして、下式(13)~(19)のように、その二乗誤差の期待値を解くことにより、観測用の共分散行列Pが得られる。

Figure 0007298882000013
Figure 0007298882000014
Figure 0007298882000015
Figure 0007298882000016
Figure 0007298882000017
Figure 0007298882000018
Figure 0007298882000019
σ*は、対応する変数の標準偏差である。 Then, the covariance matrix P for observation is obtained by solving the expected value of the squared error as in the following equations (13) to (19).
Figure 0007298882000013
Figure 0007298882000014
Figure 0007298882000015
Figure 0007298882000016
Figure 0007298882000017
Figure 0007298882000018
Figure 0007298882000019
σ * is the standard deviation of the corresponding variable.

手順(1)における観測画像の生成においては、地図画像の生成と同様に、周辺物体情報取得センサ手段12(ミリ波レーダー)から取得された静的物体が、北東(NE)座標で観測画像を生成するためにマッピングされる。
なお、観測画像の生成はリアルタイムで行う必要があるため、後処理補正は行わない。また、地図画像の生成では、道路の車線外に存在することを静的物体か否かを判断する条件の一つとしていたが、観測画像を生成する際は、誤差のあるデッドレコニングによる推定位置を用いるため、本来道路外にある静止物体を誤って除去してしまう可能性がある。そこで、例えば動的物体の位置とその大きさを認識できるLiDARによる移動物体の追跡情報をミリ波レーダーによる観測情報と対応付けることで、道路の車線内の観測情報を除去することが好ましい。
In the generation of the observation image in procedure (1), as in the generation of the map image, the static object acquired from the surrounding object information acquisition sensor means 12 (millimeter wave radar) generates the observation image at the northeast (NE) coordinates. Mapped to produce.
Since the observed image must be generated in real time, no post-processing correction is performed. In addition, when generating map images, one of the conditions for judging whether an object is static or not is that it exists outside the lane of the road. , there is a possibility of erroneously removing stationary objects that are originally outside the road. Therefore, it is preferable to remove the observation information in the lane of the road, for example, by associating the moving object tracking information by LiDAR, which can recognize the position and size of the moving object, with the observation information by the millimeter wave radar.

図8は生成された観測画像の例を示す図である。
図8(a)は観測画像の一例である。観測画像とは、リアルタイムに走行している際に周辺物体情報取得センサ手段12で観測した静的物体の位置を真上から見たような画像であり、自車両1の移動量に応じてパノラマ画像のように結合することで生成される。観測画像の大きさは24m×24mであり、観測画像の中央は常にDR部13で推定した自車両1の位置になるようにしている。観測画像は、観測点が領域全体をカバーするように、観測した複数フレームを使用して生成される。
手順(2)における自車両1周辺の地図画像の抽出では、図8(b)に示すように、観測画像とのマッチングに用いる地図画像が、デッドレコニングにより推定した自車両1の位置に基づき、地図画像記憶部19に記憶されている地図画像から抽出される。地図画像は、観測画像と同様にNE座標で生成されている。抽出された地図画像の大きさは、32m×32mの範囲をカバーしている。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a generated observation image.
FIG. 8(a) is an example of an observed image. An observation image is an image of the position of a static object observed by the surrounding object information acquisition sensor means 12 while traveling in real time, as seen from directly above. It is generated by combining like an image. The size of the observed image is 24 m×24 m, and the center of the observed image is always the position of the own vehicle 1 estimated by the DR unit 13 . Observed images are generated using the observed frames such that the observation points cover the entire area.
In the extraction of the map image around the own vehicle 1 in procedure (2), as shown in FIG. It is extracted from the map image stored in the map image storage unit 19 . The map image is generated with NE coordinates, like the observed image. The size of the extracted map image covers a range of 32m x 32m.

手順(3)のマッチング部15における観測画像と抽出した地図画像とのマップマッチングにおいては、現在位置周辺の相関分布を得るためにテンプレートマッチングが適用される。
マップマッチングでは、特定位置の地図画像と観測画像が類似しているほど自車両1がその位置にいる確率が高いとすることで、オフセット量及び自車両1の位置を推定する。また、テンプレートマッチングとは、テンプレートと呼ばれる画像が探索対象画像内に存在するか否かを調べるアルゴリズムである。本実施例では、テンプレートマッチングのテンプレート画像に該当するのが観測画像であり、抽出した地図画像がテンプレート画像と照合される画像となる。テンプレート画像となる観測画像を地図画像の中で順番に移動させながら、観測画像と抽出した地図画像の類似度を計算する。
In the map matching between the observed image and the extracted map image in the matching unit 15 in step (3), template matching is applied to obtain the correlation distribution around the current position.
In map matching, the offset amount and the position of the vehicle 1 are estimated by assuming that the more similar the map image and the observation image at a specific position are, the higher the probability that the vehicle 1 is at that position. Template matching is an algorithm for checking whether an image called a template exists in a search target image. In this embodiment, the observation image corresponds to the template image for template matching, and the extracted map image is the image to be matched with the template image. The similarity between the observed image and the extracted map image is calculated while sequentially moving the observed image serving as the template image in the map image.

下式(20)のように、テンプレートマッチングのコスト関数として、正規化相互相関(ZNCC)Rt,ref(Δx)を使用する。
類似度の計算には、SSD(Sum of Squared Difference)やSAD(Sum of Absolute Difference)等を使用することもできるが、他の手法と比べて画像の明るさの変動に強いという特徴を持つ正規化相互相関(ZNCC)を使用することが好ましい。

Figure 0007298882000020
ここでRt,ref(Δx)は、オフセットΔx=[Δx,Δy]TでのZNCC特徴である。
しかし、ミリ波レーダーによる観測は、観測点が疎らであるため、ZNCCから高い相関値を得ることが困難である。したがって、各フレームにおける相関分布の結果は信頼性が高くない可能性がある。そこで、下式(21)のように、確率に対する過度の応答を回避するためにガンマ補正が適用される。
Figure 0007298882000021
ここで、γは、ガンマ補正用のガンマ値である。Rt(Δx)は、Δxにおける尤度分布である。 We use the normalized cross-correlation (ZNCC) R t,ref (Δx) as the cost function for template matching, as in Equation (20) below.
SSD (Sum of Squared Difference), SAD (Sum of Absolute Difference), etc., can also be used to calculate the similarity, but the regular method, which has the feature of being more resistant to fluctuations in image brightness than other methods, can be used. It is preferred to use the Zincized Cross-Correlation (ZNCC).
Figure 0007298882000020
where R t,ref (Δx) is the ZNCC feature at offset Δx=[Δx,Δy] T .
However, it is difficult to obtain a high correlation value from ZNCC because observation points are sparse in observation by millimeter wave radar. Therefore, the correlation distribution results at each frame may not be reliable. Gamma correction is then applied to avoid over-response to probability, as in equation (21) below.
Figure 0007298882000021
Here, γ is a gamma value for gamma correction. R t (Δx) is the likelihood distribution at Δx.

手順(4)において、確率更新部16でオフセット[Δxd,t,Δyd,t ]Tの確率分布P(Δx)は尤度分布を用いて更新される。図9は尤度フィルタリングを示す図である。
確率分布とは、尤度分布と同様に自車両1の位置がどこに存在する可能性が大きいかを確率で示した分布である。
図9の上図に示すように、各フレームで得られる尤度分布は不安定である。明確なピークを示すフレームがいくつかあるが、それらは突然異なる分布を示すことがある。 したがって、累積分布Pt(Δx)は、尤度分布の累積処理によって計算される。累積分布とは、尤度分布と同様に自車両1の位置がどこに存在する可能性が大きいかを示した分布である。下式(22)、(23)のように、確率分布P(Δx)は、Pt(Δx)を正規化することにより得られる。これにより、安定した信頼のある分布を得ることができる。

Figure 0007298882000022
Figure 0007298882000023
ここで、βは累積過程の逓減係数である(0≦β≦1)。 In procedure (4), the probability distribution P(Δx) of the offset [Δx d,t , Δy d,t ] T is updated by the probability updating unit 16 using the likelihood distribution. FIG. 9 is a diagram illustrating likelihood filtering.
The probability distribution, like the likelihood distribution, is a distribution that indicates, in terms of probability, where the vehicle 1 is most likely to exist.
As shown in the upper diagram of FIG. 9, the likelihood distribution obtained in each frame is unstable. There are some frames that show distinct peaks, but they can suddenly show different distributions. Therefore, the cumulative distribution P t (Δx) is calculated by cumulative processing of the likelihood distribution. The cumulative distribution, like the likelihood distribution, is a distribution indicating where the vehicle 1 is most likely to exist. The probability distribution P(Δx) is obtained by normalizing P t (Δx) as in the following equations (22) and (23). This makes it possible to obtain a stable and reliable distribution.
Figure 0007298882000022
Figure 0007298882000023
where β is the decay factor of the accumulation process (0≤β≤1).

図10は複数のピークが発生した場合の処理についての説明図である。
自車両1の進行方向に沿って例えば道路脇に同じパターンの静的物体である柵やガードレール等が連続して存在する場合、図10(a)(b)に示すように複数のピークが発生する可能性がある。複数のピークが発生すると、オフセット量を正確に計算することができないため、正しいピークだけを抽出する必要がある。そこで、図10(c)に示すようにオフセット更新部17ではピーク位置を追跡することで誤った位置でのピークを棄却し、下式(24)、(25)のように、得られた確率の重み付け平均値を用いてオフセット量を推定する。

Figure 0007298882000024
Figure 0007298882000025
ここで、gposは、オフセットを更新する際のゲインである(0≦gpos≦1)。
補正後位置導出部18は、DR部13で推定した自車両1の位置をオフセット量で補正することにより自車両1の補正後位置を導出し、導出した補正後位置を自車両1の運転制御装置(図示無し)へ出力する。出力された補正後位置を用いて運転制御装置が自車両1を制御することで、自車両1の自動運転をより安全かつ的確なものとすることができる。 FIG. 10 is an explanatory diagram of processing when a plurality of peaks occur.
For example, when stationary objects such as fences and guardrails of the same pattern are continuously present along the traveling direction of the own vehicle 1 on the side of the road, a plurality of peaks occur as shown in FIGS. there's a possibility that. If multiple peaks occur, the offset amount cannot be calculated accurately, so it is necessary to extract only the correct peaks. Therefore, as shown in FIG. 10(c), the offset updating unit 17 tracks the peak position to reject peaks at erroneous positions, and the obtained probability is used to estimate the offset amount.
Figure 0007298882000024
Figure 0007298882000025
Here, g pos is the gain when updating the offset (0≦g pos ≦1).
A post-correction position derivation unit 18 derives a post-correction position of the vehicle 1 by correcting the position of the vehicle 1 estimated by the DR unit 13 with an offset amount, and applies the derived post-correction position to the operation control of the vehicle 1. Output to a device (not shown). By having the operation control device control the own vehicle 1 using the output post-correction position, the automatic operation of the own vehicle 1 can be made safer and more accurate.

次に、公道で実施した第一の実施例による車両の自己位置推定装置の性能評価試験の結果について説明する。
性能評価試験においては、自己推定位置と実際の位置との間における車両前後方向及び横方向の誤差を計算した。GNSSの情報は、自車両1の初期位置の初期化に使用した。RTK-GNSSの情報は、自己位置推定の精度を評価する基準となる実際の位置を求めるために使用した。また、比較例1として、LiDARを用いた従来の自己位置推定[非特許文献9:N. Suganuma, D. Yamamoto and K. Yoneda, “Localization for Au- tonomous Driving on Urban Road”, Journal of Advanced Control, Automation and Robotics, Vol. 1, No. 1, pp. 47-53, 2016.]も併せて行い、第一の実施例による自己位置推定の結果と比較した。
第一の実施例による自己位置推定と、比較例1との主な相違点は、周辺物体情報取得センサ部12としてのセンサ(すなわち、ミリ波レーダーかLiDARか)、及びマッチングに用いる画像(すなわち、ミリ波レーダー画像かLiDAR画像か)である。比較例1では、路面のレーザー反射率のマップマッチングによってオフセット量を推定する。
性能評価試験は、2種類の走行エリアで行った。
一つ目のエリアは、石川県の金沢市内の公道である。このルートの全長は約2.15kmであり、夏季(積雪無し)と冬季(部分積雪:路側帯や歩道に積雪が有り車道路面の積雪は殆ど無し)に試験を行った。
二つ目のエリアは、北海道の網走市内の公道である。このルートの全長は約25kmであり、冬季(完全積雪:路側帯や歩道に積雪が有り車道路面も雪で完全に覆われている)に試験を行った。二つ目のエリアでは、路面が雪で覆われており比較例1のLiDARを用いた従来の自己位置推定は使用できないため、第一の実施例による自己位置推定についてのみ試験を行った。
Next, the results of the performance evaluation test of the vehicle self-position estimation device according to the first embodiment, which were carried out on public roads, will be described.
In the performance evaluation test, errors in the longitudinal and lateral directions of the vehicle between the self-estimated position and the actual position were calculated. GNSS information was used to initialize the initial position of the vehicle 1 . The RTK-GNSS information was used to determine the actual position as a reference for evaluating the accuracy of localization. In addition, as Comparative Example 1, conventional self-position estimation using LiDAR [Non-Patent Document 9: N. Suganuma, D. Yamamoto and K. Yoneda, “Localization for Autonomous Driving on Urban Road”, Journal of Advanced Control , Automation and Robotics, Vol. 1, No. 1, pp. 47-53, 2016.] was also performed, and the results of self-localization according to the first embodiment were compared.
The main differences between the self-position estimation according to the first embodiment and the comparative example 1 are the sensor as the peripheral object information acquisition sensor unit 12 (i.e. millimeter wave radar or LiDAR) and the image used for matching (i.e. , millimeter wave radar image or LiDAR image). In Comparative Example 1, the offset amount is estimated by map matching of the laser reflectance of the road surface.
Performance evaluation tests were conducted in two types of running areas.
The first area is public roads in Kanazawa City, Ishikawa Prefecture. The total length of this route is about 2.15 km, and tests were conducted in summer (no snow) and winter (partial snow: snow on roadsides and sidewalks, almost no snow on the road surface).
The second area is public roads in Abashiri City, Hokkaido. The total length of this route is about 25 km, and the test was conducted in the winter season (completely covered with snow: roadside strips and sidewalks are covered with snow, and the road surface is completely covered with snow). In the second area, the road surface is covered with snow and the conventional self-localization using LiDAR of Comparative Example 1 cannot be used, so only the self-localization according to the first embodiment was tested.

下表1に試験結果を示す。表1では、「積雪無し」、「部分積雪」、及び「完全積雪」のそれぞれの条件下における車両前後方向及び横方向の二乗平均平方根(RMS)誤差を示している。

Figure 0007298882000026
表1から分かるように、第一の実施例も比較例1も、積雪無しの条件下においては妥当な推定位置精度を得ることができる。しかし、部分積雪又は完全積雪の条件下においては、第一の実施例は雪の無い条件下と同程度の精度を有するのに対し、比較例1は精度がかなり悪化した。 Table 1 below shows the test results. Table 1 shows the root-mean-square (RMS) errors in the longitudinal and lateral directions of the vehicle under the conditions of "no snow,""partialsnow," and "full snow."
Figure 0007298882000026
As can be seen from Table 1, both the first embodiment and the comparative example 1 can obtain reasonable estimated position accuracy under the condition of no snow cover. However, under conditions of partial snow cover or full snow cover, while the first example had similar accuracy as under no-snow conditions, the accuracy of Comparative Example 1 was significantly worse.

図11は夏季(積雪無し)の一つ目のエリアにおける試験結果を示すグラフであり、図12は冬季(部分積雪)の一つ目のエリアにおける試験結果を示すグラフである。
図11及び図12において、横軸は経過時間[sec]であり、縦軸は、図11(a)及び図12(a)が車両前後方向の誤差[m]、図11(b)及び図12(b)が車両横方向の誤差[m]、図11(c)及び図12(c)がヨーレート[rad/s]である。
図11から、積雪無しの場合は、交差点や直線道路に関係なく、第一の実施例においても比較例1においても1m以内の誤差に自己位置推定の精度が維持されていることが分かる。
しかし、図12から分かるように、比較例1においては降雪時には、車両横方向の誤差はすぐに2m以上に増加し、その誤差は解消されなかった。これは、比較例1においては、LiDARが道路脇の積雪を反射率の高い地域として観測するため、道路脇を車線と混同することにより車両横方向のずれが発生したためである。
一方、第1の実施例においては、環境変化に強く、雪を透過して物体検出が可能なミリ波レーダーを周辺物体情報取得センサ部12として用いることで、降雪等の悪天候条件の下であっても、積雪無しの条件下と同じ程度の誤差で自車両1の位置を推定することができた。
FIG. 11 is a graph showing test results in the first area in summer (no snow cover), and FIG. 12 is a graph showing test results in the first area in winter (partial snow cover).
11 and 12, the horizontal axis is the elapsed time [sec], and the vertical axis is the error [m] in the longitudinal direction of the vehicle in FIGS. 12(b) is the error [m] in the lateral direction of the vehicle, and FIGS. 11(c) and 12(c) are the yaw rate [rad/s].
From FIG. 11, it can be seen that when there is no snow cover, the accuracy of self-position estimation is maintained within 1 m in both the first embodiment and the comparative example 1 regardless of intersections or straight roads.
However, as can be seen from FIG. 12, in Comparative Example 1, when snow fell, the error in the lateral direction of the vehicle immediately increased to 2 m or more, and the error was not eliminated. This is because, in Comparative Example 1, LiDAR observes the snow on the side of the road as an area with high reflectance, and thus the side of the road is confused with the lane, resulting in a deviation in the lateral direction of the vehicle.
On the other hand, in the first embodiment, a millimeter-wave radar that is resistant to environmental changes and capable of detecting objects through snow is used as the peripheral object information acquisition sensor unit 12, so that even under bad weather conditions such as snowfall. However, the position of the own vehicle 1 could be estimated with the same degree of error as under the condition of no snow cover.

図13は冬季(完全積雪)の二つ目のエリアにおける試験結果を示すグラフである。図13において、横軸は経過時間[sec]であり、縦軸は、図13(a)が車両前後方向の誤差[m]、図13(b)が車両横方向の誤差[m]、図13(c)がヨーレート[rad/s]である。
図13により、第一の実施例による自己位置推定は、降雪量に関わらず精度を維持していることが分かる。
FIG. 13 is a graph showing test results in the second area in winter (full snow cover). 13, the horizontal axis represents elapsed time [sec], and the vertical axis represents error [m] in the longitudinal direction of the vehicle in FIG. 13(a), error [m] in the lateral direction of the vehicle in FIG. 13(c) is the yaw rate [rad/s].
It can be seen from FIG. 13 that the self-position estimation according to the first embodiment maintains accuracy regardless of the amount of snowfall.

以上の試験結果から、第一の実施例による自己位置推定装置10の有効性が積雪条件下においても確認された。 From the above test results, the effectiveness of the self-position estimation device 10 according to the first embodiment was confirmed even under snowy conditions.

次に、本発明の第二の実施例による車両の自己位置推定装置について説明する。なお、上記した第一の実施例と同一構成要素については重複説明を省略する。
上記した第一の実施例では、得られた相関を累積し、それらを正規化することによって事後確率を計算した。事後確率の応答性を低下させるためには、対数オッズスケールで値を徐々に更新することがより適切である(対数オッズ:l=log(P/(1-P)))。そこで本実施例では、得られた相関を対数オッズスケールでの尤度値として、マップマッチングにより得られた相関分布を累積して事後確率を計算する。
これにより、相関を累積して得られた分布を対数オッズスケールの事後確率として扱い、マッチング状態の安定性を推定し、得られた確率の大きさに応じてオフセット量(Δxd,t、Δyd,t)を更新してより安定した自己位置推定を実現することができる。
Next, a vehicle self-position estimation device according to a second embodiment of the present invention will be described. Duplicate descriptions of the same components as those of the first embodiment will be omitted.
In the first example described above, the posterior probabilities were calculated by accumulating the obtained correlations and normalizing them. To reduce the responsiveness of the posterior probabilities, it is more appropriate to gradually update the values on a log-odds scale (log-odds: l=log(P/(1−P))). Therefore, in this embodiment, the obtained correlation is used as the likelihood value on the logarithmic odds scale, and the correlation distribution obtained by map matching is accumulated to calculate the posterior probability.
As a result, the distribution obtained by accumulating the correlation is treated as the posterior probability of the logarithmic odds scale, the stability of the matching state is estimated, and the offset amount (Δx d,t , Δy d,t ) can be updated to achieve more stable localization.

事後確率ltの対数オッズ値は、下式(26)を用いて更新される。

Figure 0007298882000027
ここで、α1は確率更新の逓減係数である(0.0≦α≦1.0)。α1は、経験的に0.995と決定した。Rt(Δx)は、自車周辺で離散化した位置決めオフセットの変位量Δx=[Δx,Δy]におけるマップマッチングの相関分布から得られる尤度分布である。 The log-odds value of the posterior probability l t is updated using equation (26) below.
Figure 0007298882000027
where α 1 is the probability update taper factor (0.0≦α≦1.0). α 1 was empirically determined to be 0.995. R t (Δx) is the likelihood distribution obtained from the correlation distribution of map matching in the displacement amount Δx=[Δx, Δy] T of the discretized positioning offset around the own vehicle.

マップマッチングを適用するために、観測画像と地図画像を用意する。観測画像と地図画像の生成又は抽出方法は、第一の実施例と同様である。
現在位置周辺の相関分布を得るためにテンプレートマッチングが適用される。下式(27)のように、テンプレートマッチングのコスト関数として、正規化相互相関(ZNCC)Rt,zncc(Δx)を使用する。

Figure 0007298882000028
ここでRt,zncc(Δx)は、ZNCC特徴である。
しかし、ミリ波レーダーによる観測は観測点が疎らであるため、ZNCCから高い相関値を得ることが困難である。したがって、各フレームにおける相関分布の結果は信頼性が高くない可能性がある。そこで、下式(21)のように、確率に対する過度の応答を回避するためにガンマ補正が適用される。
Figure 0007298882000029
ここで、βは非負のスケール因子である。γは、ガンマ補正用のガンマ値である。これらのパラメータは、β= 0.1及びγ= 3.0とした。 To apply map matching, we prepare an observed image and a map image. The method of generating or extracting the observed image and map image is the same as in the first embodiment.
Template matching is applied to obtain the correlation distribution around the current position. We use the normalized cross-correlation (ZNCC) R t,zncc (Δx) as the cost function for template matching, as in Equation (27) below.
Figure 0007298882000028
where R t,zncc (Δx) is the ZNCC feature.
However, it is difficult to obtain a high correlation value from ZNCC because observation points by millimeter-wave radar are sparse. Therefore, the correlation distribution results at each frame may not be reliable. Gamma correction is then applied to avoid over-response to probability, as in equation (21) below.
Figure 0007298882000029
where β is a non-negative scaling factor. γ is a gamma value for gamma correction. These parameters were β=0.1 and γ=3.0.

オフセット量[Δxd,t,Δyd,t ]Tの確率分布P(Δx)は、尤度分布を用いて更新される。本実施例では、確率分布P(Δx)は、式(26)を用いて更新したlt(Δx)から求めることができる。 The probability distribution P(Δx) of the offset amount [Δx d,t , Δy d,t ] T is updated using the likelihood distribution. In this embodiment, the probability distribution P(Δx) can be obtained from l t (Δx) updated using equation (26).

最後に、得られた確率の重みづけ平均値を用いてオフセット量を推定する。
上述のように、事後確率を理論的に正しく計算することで、得られた確率の最大値をマッチング状態の不確実性とみなすことができる。したがって、下式(29)のように不確実性に従って重み付けすることによって、不安定な状況における過度のオフセット更新を防ぐことが可能である。
なお、第一の実施例と同様に式(24)及び式(25)を用いてオフセット量を更新することもできる。

Figure 0007298882000030
Finally, the weighted average of the obtained probabilities is used to estimate the offset amount.
As mentioned above, by calculating the posterior probabilities theoretically and correctly, the maximum value of the obtained probabilities can be taken as the uncertainty of the matching state. Therefore, by weighting according to uncertainty as in Equation (29), it is possible to prevent excessive offset updates in unstable situations.
Note that the offset amount can also be updated using equations (24) and (25) as in the first embodiment.
Figure 0007298882000030

次に、公道で実施した第二の実施例による車両の自己位置推定装置の性能評価試験について説明する。
性能評価試験においては、自己推定位置と実際の位置との間における車両前後方向及び横方向の誤差を計算した。GNSSの情報は、自車両1の初期位置の初期化に使用した。RTK-GNSSの情報は、自己位置推定の精度を評価する基準となる実際の位置を求めるために使用した。
性能評価試験の運転データは、北海道の網走市と大空町の公道において、秋季(積雪無し)と冬季(完全積雪:路側帯や歩道に積雪が有り車道路面も雪で完全に覆われている)に記録された。試験を行った経路の全長は、約8.5kmである。試験に用いた自車両1に搭載されている機器は、第一の実施例と同様である。
ミリ波レーダー地図である地図画像は、秋季に取得した運転データを用いて生成して地図画像記憶部19に記憶させ、自己位置推定の精度は、冬季に取得した運転データについて評価した。そのため、雪の影響により、地図画像と観測画像とでは道路脇のランドマークが異なる場合がある。
Next, a performance evaluation test of the vehicle self-position estimation device according to the second embodiment, which was carried out on public roads, will be described.
In the performance evaluation test, errors in the longitudinal and lateral directions of the vehicle between the self-estimated position and the actual position were calculated. GNSS information was used to initialize the initial position of the vehicle 1 . The RTK-GNSS information was used to determine the actual position as a reference for evaluating the accuracy of localization.
The driving data of the performance evaluation test is on public roads in Abashiri City and Ozora Town, Hokkaido, in autumn (no snow) and winter (full snow: roadside strips and sidewalks are covered with snow, and the road surface is completely covered with snow). was recorded in The total length of the tested route is approximately 8.5 km. The devices mounted on the own vehicle 1 used for the test are the same as those of the first embodiment.
A map image, which is a millimeter-wave radar map, was generated using driving data acquired in autumn and stored in the map image storage unit 19, and the accuracy of self-position estimation was evaluated with respect to driving data acquired in winter. Therefore, roadside landmarks may differ between the map image and the observation image due to the influence of snow.

第二の実施例による自己位置推定結果を、デッドレコニングによる自己位置推定結果(比較例2)と、LiDARを用いた従来の推定方法[非特許文献9]による自己位置推定結果(比較例3)と比較した。
なお、第二の実施例による自己位置推定は、式(24)及び式(25)を用いる場合(実施例2-1)と、式(29)を用いる場合(実施例2-2)の二つのパターンで実施し、オフセット値更新時の不確実性を利用するか否かの有効性についても評価した。
The self-position estimation result by the second embodiment is divided into the self-position estimation result by dead reckoning (comparative example 2) and the self-position estimation result by the conventional estimation method [non-patent document 9] using LiDAR (comparative example 3). compared to
It should be noted that the self-position estimation according to the second embodiment is performed in two cases: the case of using Equations (24) and (25) (Example 2-1) and the case of using Equation (29) (Example 2-2). We also evaluated the effectiveness of whether or not to use the uncertainty at the time of updating the offset value.

試験結果を、下表2及び図14に示す。
図14において、横軸は経過時間[sec]であり、縦軸は、図14(a)が車両前後方向の誤差[m]、図14(b)が車両横方向の誤差[m]、図14(c)においてはヨーレートとピーク確率を示しており、左縦軸がヨーレート[rad/s]、右縦軸がピーク確率である。ピーク確率は、式(29)の不確実性に対応する。
表2においては、車両前後方向及び横方向についての二乗平均平方根(RMS)誤差、標準偏差(S.D.)、及び最大誤差の絶対値についての結果を示している。

Figure 0007298882000031
The test results are shown in Table 2 below and FIG.
In FIG. 14, the horizontal axis is the elapsed time [sec], and the vertical axis is the error [m] in the longitudinal direction of the vehicle in FIG. 14(a), the error [m] in the lateral direction of the vehicle in FIG. 14(c) shows the yaw rate and the peak probability, the left vertical axis being the yaw rate [rad/s] and the right vertical axis being the peak probability. The peak probability corresponds to the uncertainty in equation (29).
Table 2 shows results for root mean square (RMS) errors, standard deviations (SD), and absolute values of maximum errors in the longitudinal and lateral directions of the vehicle.
Figure 0007298882000031

試験結果から、式(24)及び式(25)を用いて自己位置推定を行う実施例2-1の場合は、比較例3と同等の精度を有することが分かる。図14に示すように、実2-1と比較例3について、220秒から280秒の間に、メートルレベルの車両横方向誤差が確認された。この区間では、ピーク確率が0.7前後で振動しており、マッチング状態は不安定であると言える。
一方、式(29)を用いて自己位置推定を行う実施例2-2では、この区間での車両横方向誤差を小さく出来ることが確認された。したがって、式(29)を用いてオフセット更新に不確実性を導入することで、測位精度の急激な低下を防ぐことができる。また、特に実施例2-2では、すべての評価指標に対して安定した性能を示している。
From the test results, it can be seen that Example 2-1, in which self-position estimation is performed using Equations (24) and (25), has an accuracy equivalent to that of Comparative Example 3. As shown in FIG. 14, for Example 2-1 and Comparative Example 3, a meter-level vehicle lateral error was confirmed between 220 seconds and 280 seconds. In this section, the peak probability oscillates around 0.7, and it can be said that the matching state is unstable.
On the other hand, it was confirmed that the vehicle lateral direction error in this section can be reduced in Example 2-2 in which the self-position is estimated using equation (29). Therefore, by introducing uncertainty into the offset update using Equation (29), it is possible to prevent a sudden drop in positioning accuracy. In particular, Example 2-2 shows stable performance for all evaluation indexes.

さらに、本実施例の有効性を検証するために、同じく北海道の網走市と大空町の公道において雪道での自動運転評価を行った。結果、殆どの区間で自動運転が成功していることが確認され、本実施例による自己位置推定装置が安定したパフォーマンスを発揮することが実証され、吹雪等の悪天候の条件下において自車両1の自己位置推定を精度よく行えることが、自動運転評価によって示された。 Furthermore, in order to verify the effectiveness of this embodiment, automatic driving evaluations on snowy roads were also conducted on public roads in Abashiri City and Ozora Town, Hokkaido. As a result, it was confirmed that automatic driving was successful in most sections, and it was demonstrated that the self-position estimation device according to the present embodiment exhibited stable performance. Self-positioning can be estimated with high accuracy, which was shown by automated driving evaluations.

以上のように、本発明によれば、デッドレコニングにより推定した車両1の位置をマッチングの結果に基づいて補正することで、自己位置推定の精度を向上させることができる。
また、周辺物体情報取得センサ部12は、雪を透過して物体の観測情報を取得可能であり、マッチング部15は、テンプレートマッチングを行い、確率更新部16は、テンプレートマッチングにより得られた相関分布をガンマ補正して尤度分布を導出し、尤度分布を用いて確率分布を更新することで、積雪条件下においても精度よく自己位置を推定することができる。また、テンプレートマッチングを行うことにより、処理の高速化が可能となる。
また、確率更新部16は、各時刻で得られた尤度分布を積算し、積算した尤度分布を正規化して累積分布を導出し、累積分布に基づいて確率分布を更新することで、相関の寄与度を低くし確率更新できるので、周辺物体情報取得センサ部12による物体観測が疎らであっても精度よく自己位置を推定することができる。
また、確率更新部16は、尤度分布を用いて事後確率の対数オッズ値を導出し、対数オッズ値を用いて確率分布を更新することで、相関の寄与度を低くし確率更新できるので、周辺物体情報取得センサ部12による物体観測が疎らであっても精度よく自己位置を推定することができる。
また、オフセット更新部17は、確率分布の重み付け平均を用いてオフセット量を更新することで、道路脇に同じパターンの静的物体である柵やガードレール等が連続して存在する場合であっても精度よく自己位置を推定することができる。
また、オフセット更新部17は、確率分布の最大値をマッチング状態の不確実性とし、不確実性に従った重み付けによりオフセット量を更新することで、不安定な状況における過度のオフセット更新を防ぎ、より精度よく自己位置を推定することができる。
As described above, according to the present invention, the accuracy of self-position estimation can be improved by correcting the position of the vehicle 1 estimated by dead reckoning based on the result of matching.
Further, the surrounding object information acquisition sensor unit 12 can acquire observation information of objects through snow, the matching unit 15 performs template matching, and the probability update unit 16 performs correlation distribution obtained by template matching. is gamma-corrected to derive the likelihood distribution, and the likelihood distribution is used to update the probability distribution. Further, by performing template matching, it is possible to speed up the processing.
Further, the probability update unit 16 integrates the likelihood distributions obtained at each time, normalizes the integrated likelihood distributions to derive a cumulative distribution, updates the probability distribution based on the cumulative distribution, and updates the correlation can be updated by reducing the contribution of , the self-position can be estimated with high accuracy even if the surrounding object information acquisition sensor unit 12 observes the object sparsely.
Further, the probability update unit 16 derives the logarithmic odds value of the posterior probability using the likelihood distribution, and updates the probability distribution using the logarithmic odds value, thereby reducing the contribution of correlation and updating the probability. Even if the object observation by the peripheral object information acquisition sensor unit 12 is sparse, the self-position can be estimated with high accuracy.
In addition, the offset update unit 17 updates the offset amount using the weighted average of the probability distribution. Self-location can be estimated with high accuracy.
In addition, the offset updating unit 17 uses the maximum value of the probability distribution as the uncertainty of the matching state, and updates the offset amount by weighting according to the uncertainty, thereby preventing excessive offset updating in an unstable situation, Self-position can be estimated more accurately.

1 車両(自車両)
10 自己位置推定装置
11 GNSS/IMUデータ取得部
12 周辺物体情報取得センサ部
13 DR部
14 観測画像生成部
15 マッチング部
16 確率更新部
17 オフセット更新部
18 補正後位置導出部
40 慣性計測装置(IMU)
1 vehicle (own vehicle)
10 Self-position estimation device 11 GNSS/IMU data acquisition unit 12 Surrounding object information acquisition sensor unit 13 DR unit 14 Observed image generation unit 15 Matching unit 16 Probability update unit 17 Offset update unit 18 Post-correction position derivation unit 40 Inertial measurement unit (IMU )

Claims (6)

車両の周辺に存在する物体の観測情報に基づきリアルタイムに作成した観測画像と予め作成された地図画像とのマッチングを行うことにより前記車両の位置を推定する自己位置推定装置であって、
GNSS衛星及び慣性計測装置からのデータを取得するGNSS/IMUデータ取得部と、
前記車両の周辺に存在する前記物体の前記観測情報を取得する周辺物体情報取得センサ部と、
前記GNSS/IMUデータ取得部で取得した前記データに基づいてデッドレコニングにより前記車両の位置を推定するDR部と、
前記DR部で推定した前記車両の位置及び前記周辺物体情報取得センサ部で取得した前記観測情報に基づき、前記物体のうち静的物体の位置がマッピングされた前記観測画像を生成する観測画像生成部と、
前記観測画像と前記地図画像とのマッチングを行うマッチング部と、
前記マッチングの結果に基づいてオフセットの確率分布を更新する確率更新部と、
前記確率分布に基づいてオフセット量を更新するオフセット更新部と、
前記DR部で推定した前記車両の位置を前記オフセット量で補正することにより前記車両の補正後位置を導出する補正後位置導出部とを備え
前記周辺物体情報取得センサ部は、雪を透過して前記物体の前記観測情報を取得可能であり、
前記マッチング部は、テンプレートマッチングを行い、
前記確率更新部は、前記テンプレートマッチングにより得られた相関分布をガンマ補正して尤度分布を導出し、前記尤度分布を用いて前記確率分布を更新することを特徴とする車両の自己位置推定装置。
A self-position estimation device for estimating the position of the vehicle by matching an observation image created in real time based on observation information of objects existing around the vehicle with a map image created in advance,
a GNSS/IMU data acquisition unit that acquires data from GNSS satellites and inertial measurement units;
a peripheral object information acquisition sensor unit that acquires the observation information of the object existing around the vehicle;
a DR unit that estimates the position of the vehicle by dead reckoning based on the data acquired by the GNSS/IMU data acquisition unit;
An observation image generation unit that generates the observation image in which the positions of static objects among the objects are mapped based on the position of the vehicle estimated by the DR unit and the observation information acquired by the peripheral object information acquisition sensor unit. and,
a matching unit that performs matching between the observed image and the map image;
a probability updating unit that updates the offset probability distribution based on the matching result;
an offset updating unit that updates an offset amount based on the probability distribution;
a post-correction position derivation unit for deriving a post-correction position of the vehicle by correcting the position of the vehicle estimated by the DR unit with the offset amount ;
The peripheral object information acquisition sensor unit is capable of acquiring the observation information of the object through snow,
The matching unit performs template matching,
The probability update unit gamma-corrects the correlation distribution obtained by the template matching to derive a likelihood distribution, and updates the probability distribution using the likelihood distribution. estimation device.
前記確率更新部は、各時刻で得られた前記尤度分布を積算し、積算した前記尤度分布を正規化して累積分布を導出し、前記累積分布に基づいて前記確率分布を更新することを特徴とする請求項に記載の車両の自己位置推定装置。 The probability updating unit integrates the likelihood distributions obtained at each time, normalizes the integrated likelihood distributions to derive a cumulative distribution, and updates the probability distribution based on the cumulative distribution. 2. The vehicle self-position estimation device according to claim 1 . 前記確率更新部は、前記尤度分布を用いて事後確率の対数オッズ値を導出し、前記対数オッズ値を用いて前記確率分布を更新することを特徴とする請求項に記載の車両の自己位置推定装置。 2. The probability updater uses the likelihood distribution to derive a log-odds value of the posterior probability, and uses the log-odds value to update the probability distribution. Position estimator. 前記オフセット更新部は、前記確率分布の重み付け平均を用いて前記オフセット量を更新することを特徴とする請求項又は請求項に記載の車両の自己位置推定装置。 4. The vehicle self-position estimation device according to claim 2 , wherein the offset update unit updates the offset amount using a weighted average of the probability distribution. 前記オフセット更新部は、前記確率分布の最大値をマッチング状態の不確実性とし、前記不確実性に従った重み付けにより前記オフセット量を更新することを特徴とする請求項に記載の車両の自己位置推定装置。 4. The vehicle according to claim 3 , wherein the offset update unit uses the maximum value of the probability distribution as the uncertainty of the matching state, and updates the offset amount by weighting according to the uncertainty. Position estimator. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載の車両の自己位置推定装置を搭載したことを特徴とする車両。 A vehicle equipped with the vehicle self-position estimation device according to any one of claims 1 to 5 .
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